Исследование хладостойкости и механических свойств высокопрочной среднелегированной стали в зависимости от технологии получения литых заготовок

В работе приведены экспериментальные данные о влиянии условий кристаллизации высокопрочной среднелегированной стали на механические свойства. Особое внимание уделено исследованию хладостойкости, как наиболее важному показателю служебных свойств ответственных изделий, определяющих надежность и работоспособность литого изделия. Приведены сериальные кривые ударной вязкости, работы развития трещины и процента волокнистости в зависимости от температуры испытания. Показана возможность повышения хладостойкости литой легированной стали в зависимости от технологии получения отливок: в объемную песчаную жидкостекольную форму (контрольный металл), в тонкостенную форму с дифференцированным по высоте керамическим слоем и принудительным охлаждением водовоздушной смесью  в такую же форму с вводом микрохолодильников при заливке жидкой стали.

При определении хладостойкости ударные образцы погружали в специальных теплоизолированный термостат с охлаждающей жидкостью. Диапазон испытаний образцов составлял от + 20 до  - 100 ⁰С. Для определения хладостойкости использовали два варианта: по первому варианту применяли методику разделения ударной вязкости на работу зарождения трещины и работу распространения трещины на ударных образцах с «мягким» и «острым» надрезом. По второму варианту склонность стали к хрупкому разрушению определяли по проценту волокнистости в изломе ударных образцов. За критерий перехода из вязкого состояния в хрупкое или температуру хрупкости в первом случае принимали  КСU = 0,6 МДж/м², во втором случае =70%,  вид излома оценивали подсчетом участков кристаллического и вязкого разрушения.

По результатам исследования установлено, что ударная вязкость опытного металла, полученного при комплексном воздействии на затвердевающий металл, выше во всем исследуемом температурном интервале. Отличительной особенностью является более плавных характер изменения ударной вязкости у опытного металла и отсутствие резкого уменьшения этого показателя характерного для контрольных образцов.

Изменение работы развития трещины также зависит от условий кристаллизации и охлаждения металла отливки. Сериальные кривые показали, что опытный металл обладает меньшей склонностью к хрупкому разрушению (большей хладостойкостью). Аналогичные зависимости получены при исследовании волокнистости излома.

Сопоставление сериальных кривых КСU=f(T) и КСV=f(T) выявило четкую зависимость хлодостойкости по мере ее возрастания: объемная форма, принудительно охлаждаемая металлооболочковая форма и комплексное воздействие на затвердевающую отливку.

1. Список литературы

2. Горынин И. В., Рыбин В. В., Малышевский В. А., Хлусова Е. И. Хладостойкие стали для технических средств освоения арктического шельфа // Вопросы материаловедения. - 2009, - № 3(59) с 108 – 126

3. Чернышов Е.А., Романов А.Д., Романова Е.Д. Судостроительные стали серии HY // Черные металлы - № 8 - 2014 – с. 27-31

4. Чернышов Е.А., Романов А.Д., Романова Е.Д. Развитие металлургических технологий производства и получения ответственных изделий из высокопрочных судостроительных сталей // Черные металлы – 2015. - № 3. – с. 33 – 37

5. Счастливцев В. М., Табатчикова Т. И., Яковлева И. Л., Круглова А. А., Хлусова Е. И., Орлов В. В. Особенности структуры бейнита в низкоуглеродистых свариваемых сталях после термической обработки // Вопросы материаловедения, 2009, № 3

6. Морозов Ю. Д., Матросов М. Ю., Настич С. Ю, Арабей А. Б. Высокопрочные трубные стали нового поколения с феррито-бейнитной структурой // Металлург. − 2008. − № 8. − С. 39–42

7. Морозов Ю. Д., Эфрон Л. И. Стали для труб магистральных трубопроводов: состояние и тенденции развития // Металлург. −2006. −№ 5. − С. 53–57

8. Морозов Ю. Д., Настич С. Ю., Матросов М. Ю., Чевская О. Н Обеспечение повышенного комплекса свойств проката для труб большого диаметра на основе формирования феррито-бейнитной микроструктуры стали // Металлург. − 2008. − № 1. − С. 41–46.

9. Морозов Ю. Д., Матросов М. Ю., Настич С. Ю, Арабей А. Б. Высокопрочные трубные стали нового поколения с феррито-бейнитной структурой // Металлург. − 2008. − № 8. − С. 39–42

10. Шульте Ю. А. Хладностойкие стали – М.: Металлургия, 1970. 224 с.

11. Малышевский В.А., Семичева Т.Г., Хлусова Е.И. Новые корпусные стали для судостроения // Судостроение № 5 2004

12. Горынин И.В., Рыбин В.В., Малышевский В.А., Хлусова Е.И., Нестерова Е.В., Орлов В.В., Калинин Г.Ю. Экономно легированные стали с наномодифицированной структурой для эксплуатации в экстремальных условиях // Вопросы материаловедения №2 2008

13. Горынин И.В., Малышевский В.А., Хлусова Е.И., Нестерова Е.В., Орлов В.В. Экономно¬легированные стали с наномодифицированной структурой для эксплуатации в экстремальных усло¬виях.// Вопросы материаловедения. 2008, №2 (54), с. 7-19.

14. Чернышов Е.А., Романов А.Д., Полихина Е.Ю., Романова Е.А. Повышение качества жидкого металла и отливок из среднелегированной высокопрочной стали // Черные металлы. – 2015. - №9. С. 6 – 9

15. Горынин И.В. Создание технологий и освоение промышленного производства конструкционных металлических материалов с двукратным повышением важнейших эксплуатационных свойств. // Российские нанотехнеологии №1 2007 С 37 – 40

16. Горынин И.В. Исследования и разработки ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» в области конструкци¬онных наноматериалов.// Российские нанотехнологии, 2007, т. 2, №3-4, с. 37-57

17. Рыбин В.В., Малышевский В.А., Хлусова Е.И., Орлов В.В., Шахпазов Е.Х., Морозов Ю.Д., Настич С.Ю., Матросов М.Ю. Высокопрочные стали для магистральных трубопроводов. // Вопросы материаловедения. 2009, №3, с.127-138

18. Рыбин В.В., Малышевский В.А., Хлусова Е.И. Технологии создания конструкционных на¬ноструктурированных сталей.// МиТОМ.2009, №6, с.3-7

19. Солнцев Ю. П., Андреев А. К., Сердитов А. Е. Хладостойкие и износостойкие литейные стали / Издательство: Химиздат 2007г.

20. Шульте Ю.А. Производство отливок из стали /Донецк. 1983. 184 с.

21. Гуляев А.П. Чистая сталь / М. Металлургия. 1975. 184.

22. Чернышов Е.А. Влияние технологии получения стальных заготовок на склонность к хрупкому разрушению // Вопросы материаловедения. - 2010 - №3 - с27-32